Simulación CFD de Sistemas Líquido-Gas en Régimen Disperso y Estratificado

Abstract

Los flujos multifásicos con transferencia de calor y masa juegan un papel preponderante en numerosas aplicaciones industriales, y su comprensión es de gran importancia para garantizar un correcto diseño de los equipos. La simulación computacional empleando el modelo de dos fluidos permite simular todos los regímenes de flujo con relativamente bajos requisitos de malla, posibilitando su uso en simulaciones a escala industrial. En este trabajo se estudia la importancia de cada una de las fuerzas interfaciales (drag, lift, dispersión turbulenta y masa virtual) y de la turbulencia para la simulación de flujos bifásicos líquido-gas bajo diferentes regímenes de flujo. Para ello se simularon tres benchmark experimentales: a) flujo disperso de burbujas en una columna líquida, b) flujo de burbujas agua-aire alrededor de un obstáculo en una columna, y c) flujo horizontal de liquido-aire en contra corriente. Estos casos representan en conjunto los diferentes tipos de regímenes de flujo observados en generadores de vapor. El objetivo de este trabajo fue encontrar una única configuración de modelos interfaciales capaz de reproducir en forma satisfactoria estos tres casos. Se observó que los modelos de Grace (drag), Tomiyama (lift), Frank (fuerza de lubricación turbulenta), Burn (dispersión turbulenta) y Constant (masa virtual) junto con el modelo κ − ωSST dan buenos resultados en los tres casos.